(57)【要約】【課題】微小領域にＸ線を照射する際、その強度を低下させることなく集光することが可能なＸ線分析装置を提供する。【解決手段】  Ｘ線源１と、X線源から放射されたＸ線を平行線束に変換する第一のＸ線変換プレート２と、第一のＸ線変換プレートを通過した平行線束を試料位置に集光する第二のＸ線変換プレート３と、試料位置に置かれ集光されたＸ線の照射された試料から発生する２次Ｘ線を検出する検出器４とから構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、前記X線源から放射されたＸ線を平行線束に変換する第一のＸ線変換プレートと、
前記第一のＸ線変換プレートを通過した平行線束を試料位置に集光する第二のＸ線変換プレートと、
前記試料位置に置かれ前記集光されたＸ線の照射された試料から発生する２次Ｘ線を検出する検出器と、
から構成されるＸ線分析装置。
【請求項２】
前記第二のＸ線変換プレートは光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。
【請求項３】
更に、前記第二のＸ線変換プレートの位置を、前記検出器による２次Ｘ線の検出状態が最適になるように制御する制御装置とから構成される請求項１または２にＸ線分析装置
【請求項４】
前記第一のＸ線変換プレート及び前記第二のＸ線変換プレートは、表面から裏面に貫通する複数の貫通孔を有し、前記貫通孔の側面は入射してきたＸ線を全反射することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線分析装置。
【請求項５】
前記第二のＸ線変換プレートと前記試料位置との間にコリメータを備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のＸ線分析装置。
【請求項６】
前記第一のＸ線変換プレートと前記第二のＸ線変換プレートのいずれかまたは双方の貫通孔の断面形状が円形であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線分析装置。
【請求項７】
前記第一のＸ線変換プレートと前記第二のＸ線変換プレートのいずれかまたは双方の貫通孔の断面形状が方形であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線分析装置。
【請求項８】
前記検出器は蛍光Ｘ線を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のＸ線分析装置。
【請求項９】
X線源から放射されたＸ線を第一のＸ線変換プレートにより平行線束に変換し、
前記第一のＸ線変換プレートを通過した平行線束を第二のＸ線変換プレートにより試料位置に集光し、
前記試料位置に置かれた前記集光されたＸ線の照射された試料から発生する２次Ｘ線を検出するＸ線分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線源からのX線を集光して試料に照射し、発生する２次Ｘ線を分析するX線分析方法、及びこれを用いたX線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物学の分析から半導体をはじめとする電子部品の製造工程まで幅広い分野でＸ線分析装置が用いられている。これら各分野では微小領域を対象とした分析を行うことが求められているが、このような微小領域を対象とした分析においては、微小径のＸ線を被測定対象物に照射する必要がある。このような分析装置におけるＸ線の集光方法としてはコリメータやＸ線ミラー等の光学素子を利用する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３９７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術において、X線を微小経に集光しようとすると、X線強度が低下してしまうという問題が生じる。また、集光による強度低下によっても十分なX線強度を保つためには、X線源やその周辺装置が大掛かりになってしまうという問題がある。また、このような大掛かりな装置を用いずに光学素子を用いる場合などはその光学素子の加工精度等の関係からX線を十分集光することができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、X線強度を低下させることなく微小径のＸ線ビームを照射することが可能であって、比較的コンパクトなＸ線分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明は以下に述べる特徴を有する。
本発明に係るＸ線分析装置は、Ｘ線源と、前記X線源から放射されたＸ線を平行線束に変換する第一のＸ線変換プレートと、前記第一のＸ線変換プレートを通過した平行線束を試料位置に集光する第二のＸ線変換プレートと、前記試料位置に置かれ集光されたＸ線の照射された試料から発生する２次Ｘ線を検出する検出器とから構成されることを特徴とする。
このような特徴により、本発明によるX線分析装置によれば、大掛かりな装置を用いなくても、X線の強度を低下させることなく集光し、試料に照射することが可能となる。
【０００６】
また、本発明に係るＸ線分析装置においては、第二のＸ線変換プレートは光軸方向に移動可能であることが好ましい。これにより、焦点位置を光軸方向に移動することができる。
【０００７】
また、Ｘ線分析装置は、更に前記第二のＸ線変換プレートの位置を、前記検出器による２次Ｘ線の検出状態が最適になるように制御する制御装置とから構成されることが好ましい。これにより、厚みの異なる試料を測定する場合であっても、焦点位置が最適な位置となるように第二Ｘ線変換プレートの位置を制御することができる。
【０００８】
また、本発明に係るＸ線分析装置においては、第一のＸ線変換プレート及び前記第二のＸ線変換プレートは、表面から裏面に貫通する複数の貫通孔を有し、前記貫通孔の側面は入射してきたＸ線を全反射することが好ましい。これにより、Ｘ線の強度を損なうことなくＸ線の光路を変換することができる。
【０００９】
また、本発明に係るＸ線分析装置は、第二のＸ線変換プレートと前記試料位置との間にコリメータを備えることが好ましい。これにより、試料の目的の箇所以外にＸ線が照射されるのを防ぐことができる。
また、本発明に係るＸ線分析装置においては、前記第一のＸ線変換プレートと前記第二のＸ線変換プレートの双方の貫通孔の断面形状が円形であることが好ましい。これにより、Ｘ線を略円形に集光することができる。
また、本発明に係るＸ線分析装置においては、第一のＸ線変換プレートと前記第二のＸ線変換プレートのいずれかまたは双方の貫通孔の断面形状が方形であることが好ましい。これにより、２枚のマルチプレートの双方とも、貫通孔の断面形状が円形である場合よりもＸ線強度の低下を防ぐことが出来る。
【００１０】
また、本発明に係るＸ線分析装置においては、前記検出器は蛍光Ｘ線を検出することが好ましい。
また、本発明に係るＸ線分析方法は、X線源から放射されたＸ線を第一のＸ線変換プレートにより平行線束に変換し、前記第一のＸ線変換プレートを通過した平行線束を第二のＸ線変換プレートにより試料位置に集光し、前記試料位置に置かれた前記集光されたＸ線の照射された試料から発生する２次Ｘ線を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるX線分析装置によれば、大掛かりな装置を用いなくても、X線の強度を低下させることなく集光し、試料にX線を照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｘ線分析装置の構成の模式的側面図である。
【図２】マルチチャネルプレートによる光路を示す模式図である。
【図３】円形の開口を持つマルチチャネルプレートの模式的正面図である。
【図４】方形の開口を持つマルチチャネルプレートの模式正面図である。
【図５】試料側のマルチチャネルプレートの移動による焦点移動を示す模式図である。
【図６】方形の開口を持つマルチチャネルプレートによる集光の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。図１はＸ線分析装置の構成を模式的に示した側面図である。Ｘ線分析装置はＸ線源１、対向して配置された第一のマルチチャネルプレート２、第二のマルチチャネルプレート（第二のＸ線変換プレート）３、コリメータ６、試料７を載せるステージ８、保持部及びＸ線検出器５を備えて構成される。
X線源１は、測定対象物に照射するためのX線を発生する装置である。X線源１の開口部から放射状のX線が第一のマルチチャネルプレート（第一のＸ線変換プレート）２に照射される。
第一のマルチチャネルプレート（第一のＸ線変換プレート）２は、X線源１からの放射状X線を入射し、平行光に変換するプレートである。当該第一のマルチチャネルプレート２は、X線源１と試料ステージ８の間の光軸上に設置されている。
第二のマルチチャネルプレート（第二のＸ線変換プレート）３は、第一のマルチチャネルプレート１を通過した平行光を試料７に集光するプレートであり、保持部１０により固定されている。当該保持部１０は、駆動部９が作動することにより光軸方向に上下に移動可能であり、これに伴い第二のマルチチャネルプレート３も光軸方向に上下に移動する。第二のマルチチャネルプレート３が光軸方向に上下に移動すると、第二のマルチチャネルプレート３から照射された光の焦点位置も動くこととなる。駆動部９は、制御部４からの制御により、保持部１０を介して第二のマルチチャネルプレート３を移動させる。例えば試料７が厚いときなど、試料に応じて焦点位置が最適となるように、制御部４は第二のマルチチャネルプレートの位置を移動することができる。
第二のマルチチャネルプレート３を通過したX線は、試料ステージ８上の試料７に集光されて照射される。ここで、X線の焦点は試料７上になることが望ましい。また、第二のマルチチャネルプレート３と試料ステージ８の間の光軸上にコリメータ６を設置することもできる。このコリメータ６は、第二のマルチチャネルプレート３により集光される際に焦点付近にわずかに広がった回折光を除去できる。
第二のマルチチャネルプレート３を通過したX線は試料７に照射され、試料７から２次Ｘ線が発生する。検出器５はこの２次Ｘ線を検出し、制御部４に信号を送信する。ここで、検出器５は、２次Ｘ線として例えば蛍光Ｘ線の検出を行う。
【００１４】
図２は、マルチチャネルプレートによる光路を示す模式図である。図３は、円形の開口を持つマルチチャネルプレートの模式的正面図である。図４は、方形の開口を持つマルチチャネルプレートの模式正面図である。
【００１５】
図３に示すようにマルチチャネルプレートは略円盤状であり、その表面には複数の貫通孔を有する。図３の実施例では、断面円形の貫通孔２１が複数設けられている。この貫通孔２１は、直径が１０μｍ〜１００μｍである。また、この貫通孔の表面は鋭角に照射されたＸ線を全反射させる性質を有する。この全反射により、マルチチャネルプレートは、当該貫通孔２１を通過したＸ線の光路を変えることができる。
【００１６】
図２における第一のマルチチャネルプレート２は、図３におけるＡ−Ａ断面の側面図である。第一のマルチチャネルプレート２は、球面状に湾曲した形状となっている。この湾曲による反りのため、円形貫通孔２１はその光軸方向に向いている。図２では、第一のマルチチャネルプレート２の反っている凹面がＸ線源１の方向を向いている。
【００１７】
Ｘ線源１から照射されたＸ線１１は、第一マルチチャネルプレート２の貫通孔側面により全反射し、光軸１２に並行な並行線側Ｘ線に変換される。このとき、第一マルチチャネルプレート２の中心から焦点までの距離ｆとマルチチャネルプレートの曲率半径Ｒの関係は、ｆ=Ｒ／２となる。
第一のマルチチャネルプレート２に設けられた貫通孔２１の断面形状は、図３及び４に示すとおり円形または方形である。当該断面形状が円形のときの直径、または方形のときの１辺の長さをＤとすると、このＤは１０μｍ〜１００μｍである。Ｄ及びマルチチャネルプレートの厚みＬ、曲率半径Ｒは、Ｘ線が孔の壁面で全反射することができるようにＸ線の入射角が臨界角より小さくなるように設定されている。この臨界角は、Ｘ線のエネルギーが１keVのときおよそ２°である。第一のマルチチャネルプレート２の厚みLが大きくなると多重反射によってＸ線のエネルギーの低下を招くためＤとＬの比Ｌ／Ｄは１００程度が上限となる。
貫通孔２１はコアとなるガラス材をエッチング等により除去することで形成されるが、当該貫通孔２１の壁面の面粗さは数ｎｍである。
図４に貫通孔２１の断面形状が方形のマルチチャネルプレートの正面図を示す。貫通孔の断面形状が方形のマルチチャネルプレートは、断面形状円形の貫通孔を有するマルチチャネルプレートより高い集光効率を有する。しかし、第二のマルチチャネルプレート３に貫通孔２１の断面形状が方形のものを用いた場合、焦点付近では回折Ｘ線による広がりが発生する。
【００１８】
図６は、方形の開口を持つマルチチャネルプレートによる集光の模式図である。集光形状１３は、第一のマルチチャネルプレート２及び第二のマルチチャネルプレート３により集光されたX線の集光形状である。回折パターン１４は、第二のマルチチャネルプレート３に断面方形の貫通孔２１を用いたときの回折パターンである。この第二のマルチチャネルプレートに断面方形の貫通孔２１を用いたときの回折パターンは、図６に示すように十字のパターンとなる。
【００１９】
図６では、この十字パターンのノイズを試料７に照射させないようにするため焦点位置の直前にコリメータ６を設けている。これにより広がったＸ線をコリメートすることで焦点位置のみに強度の高いＸ線を照射することができる。またマルチチャネルプレート３のみを円形孔とすることで、焦点位置での集光の広がりを軽減することも可能である。但し、貫通孔の断面形状が円形のマルチチャネルプレートにおいても完全な点像に集光できるものではないため、この場合においてもコリメータ６を配置することは有効である。
図５は、試料側のマルチチャネルプレートの移動による焦点移動を示す模式図である。左の図は、試料７が薄い場合の第二のマルチチャネルプレート３の位置を示す。この場合は、第二のマルチチャネルプレート３を試料ステージ８に近い場所に位置させ、焦点位置を下げて試料表面に当たるようにしている。右の図は、試料７が厚い場合である。第二のマルチチャネルプレートを試料７から遠い場所に位置にさせ、焦点位置を上方にして資料表面に焦点が来るようにしている。
このように、第二のマルチチャネルプレート３の光軸方向の位置は、可変に配置することができる。この第二のマルチチャネルプレート３の位置は、制御部４が駆動部９を制御しすることにより、移動することができる。制御部４は、例えば試料７の厚さの違いなどを考慮して、焦点位置が最適となるように駆動部９を制御することができる。
【符号の説明】
【００２０】
１  Ｘ線源
２  第一のマルチチャネルプレート
３  第二のマルチチャネルプレート
４  制御部
５  検出器
６  コリメータ
７  試料
８  試料ステージ
９  駆動部
１０  保持部
１１  Ｘ線
１２  光軸
１４  回折パターン
２１  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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